水库除险加固工程初步设计报告书.docx

1、水库除险加固工程初步设计报告书屋背塘水库除险加固工程初步设计报告书1 综合说明1.1、概况：基本情况屋背塘水库位于某市营仔镇多浪坡村委屋背塘村东北角约0.3Km，离营仔镇6.1Km，水库于1961年5月建成并开始蓄水运行，水库控制集雨面积0.5Km2，库区原地貌为低山丘陵地貌，场地周边地势起伏较大，地表植被茂盛，场区地势相对较为平整。屋背塘水库是某市营仔镇的主要小型水利工程设施之一，水库自1961年5月建成以来，对当地经济发展发挥了重要作用，解决了该镇多浪坡村委300亩农田的灌溉和420人的生活用水问题，同时亦担负着防洪面积550亩，捍卫人口650人的重要任务。本水库原设计总库容16.1万m3

2、，属小（二）型水库。水库现有枢纽工程包括：（1）主坝一座，坝顶长116.6m，坝顶宽1.92.8m，坝顶高程20.8221.60m（黄海高程，以下同），最大坝高5.45m，坝迎水边坡1：1.492.14左右，背水边坡1:1.411.76左右；(2)输水涵一座，为直径0.20m的低标号砼砂浆包瓦涵结构；（3）开敞式土溢洪道一座，底宽3.0m。（4）无固定管理房屋和专职管理人员。该水库是一宗以灌溉为主，结合防洪、养殖的综合利用的小（二）型水库。水文气象该水库位于雷州半岛北部，属九州江水系，该区域最高气温39.5，最低气温2，多年平均气温22.8。该水库所在地多年平均降雨量为1460mm，多年平均径

3、流深639.1mm，多年平均最大风速为5.46m/s，多年平均气温22.8左右，每年10月至翌年3月，降雨量占全年的15，4月-9月降雨量占全年85。有关水文特征值见下表。水文特征表 表11项 目十年一遇洪水五十年一遇洪水24小时暴雨（mm）272.20398.62洪峰流量（m3/s）5.186.86一天洪水总量（万m3）7.7812.61三天洪水总量（万m3）8.9114.53工程地质该工程有地质钻探资料，根据地质钻探资料作如下概述：本次钻探最大揭露深度为12.00m，揭露土层从上至下主要有现代人工堆积层(Q4ml)，下部属第四系全新统冲洪积相沉积层(Q4 al+pl)及第四系残积层(Qel

4、)。以下按成因类型及岩土工程特性将上述岩土层划分为3个主层，各岩土层岩性特征及分布特点分述如下:1、现代人工堆积层(Q4ml)第层素填土：水库坝体填筑土。浅黄褐色、灰褐色，以粉质黏土为主，上部含中粗砂颗粒及少量碎石块等，黏性较差，湿，松散稍压实，为近期人工堆填。场地内均有分布，层顶标高为16.6721.50m，层底标高为13.9720.33m；厚度0.807.50m，平均厚度3.75m，标贯击数N=48，平均标贯击数为5.3。根据室内土工试验成果，该层土的物理力学指标平均值如下：含水量w=17.2%，孔隙比e=0.764，比重Gs=2.69，质量密度=1.79gcm-3，液性指数IL=-0.1

5、2，塑性指数IP=15.9，压缩系数av0.10.2=0.442Mpa-1，压缩模量E s0.10.2=4.44MPa，水平渗透系数（室内）Kh=0.12010-4cm/s，竖向渗透系数（室内）Kv=0.10310-4cm/s，直接快剪黏聚力Cq=24.3kPa，内摩擦角q=21.4度，属中等压缩性土。2、第四系全新统冲洪积相沉积层(Q4al+pl)第层中砂：灰褐色、黄褐色，饱和，松散，含粉黏粒，级配一般。主要分布于ZK1、ZK2、ZK4等孔所在地段，层顶标高为13.9717.50m，层底标高为12.6716.30m；厚度0.901.30m，平均厚度1.13m，标贯击数N=78，平均标贯击数为

6、7.5。根据工程地质手册（第四版）193页Peck公式，快剪黏聚力Cq=0，内摩擦角q=29.0度。3、第四系残积层(Qel)第层砂质黏性土：由花岗岩风化残积形成，灰褐色、浅黄褐色，湿，可塑，含中粗砂颗粒较多，黏性较差。场地内均有分布，均未钻穿，层顶标高为12.6720.33m，揭示厚度3.604.70m，标贯击数N=717，平均标贯击数为11.0。根据室内土工试验成果，该层土的物理力学指标平均值如下：含水量w=19.0%，孔隙比e=0.645，比重Gs=2.70，质量密度=1.95gcm-3，液性指数IL=0.01，塑性指数IP=18.5，压缩系数av0.10.2=0.350Mpa-1，压缩

7、模量E s0.10.2=5.10MPa，水平渗透系数（室内）Kh=0.04210-4cm/s，竖向渗透系数（室内）Kv=0.06210-4cm/s，直接快剪黏聚力Cq=25.1kPa，内摩擦角q=23.2度。水库特性表水库特性表 表12序号及项目单位数量或名称备注加固前加固后一、水文1、集雨面积km20.50.52、设计洪水标准P(%)10103、设计洪水流量m3/s5.184、校核洪水标准P(%)225、校核洪水流量m3/s6.86二、水库1、校核洪水位m21.121.072、设计洪水位m20.720.813、正常蓄水位m20.120.14、死水位m15155、校核洪水位相应库容104m31

8、6.1166、设计洪水位相应库容104m314.8157、正常蓄水位相应库容104m311.611.68、死库容104m30.50.5三、下泄流量1、校核洪水下泄流量m3/s4.44.42、设计洪水下泄流量m3/s22.8四、工程效益1、捍卫人口人6506502、捍卫耕地亩5505503、灌溉面积亩3003004、供水m3/d5、发电装机kw五、主要建筑物（一）挡水建筑物A、主坝1、型式均质土坝均质土坝2、顶部（防浪墙顶）高程m20.8221.6022.33、最大坝高m5.455.454、坝顶宽度m1.82.855、坝顶长度m116.6131.1B、副坝（二）输水建筑物1、型式圆型圆涵2、断面

9、尺寸m0.20.83、长度m14.83224.14、闸门型式无平板（三）泄水建筑物1、型式开敞式开敞式2、堰顶高程m20.5620.13、过水净宽m334、溢流段长度m80.743.575、消能方式无底流消能6、闸门型式无1.2、工程存在的主要问题根据省有关精神，组织技术人员对该水库进行了安全检查，通过现场检查和观察，发现该水库存在的主要问题有以下几点：1、水库大坝：主坝上游坝坡受风浪淘刷，原砼防渗护坡老化、崩塌严重，护坡表面长满杂草、杂木；下游坡坡面杂草丛生，并不同程度地滋生蚁患，下游坡脚反滤体老化崩塌，下游坡面出现渗漏现象。副坝上游坡无设护坡防渗，受风浪淘刷，水土流失较严重。下游坡坡面杂草

10、丛生，并不同程度地滋生蚁患，下游坡脚无设反滤体，下游坡面出现渗漏现象。大坝无观测设施，影响安全监测。分析其原因，主要是当时设计时标准低，为“三边”工程，土法上马，施工质量难以保证，且经过三十多年的运用，长期遭受洪水及台风的袭击，使土坝坝体冲刷严重。2、溢洪道：溢洪道为开敞式浆砌石溢洪道，两侧侧墙浆砌石老化，局部有脱落，堰顶段砼护底老化，溢洪道出水口杂草、杂木丛生，阻水严重，且没有设置防冲消能措施，严重影响水库正常排洪。3、放水涵：放水设施均为启闭平板闸门放水，主坝输水涵截面尺寸为0.70.75m，副坝输水涵直径为0.3m的低标号砼砂浆包瓦涵结构，断面尺寸为0.3m。经现场检查，涵身已老化漏水，

11、主坝输水涵工作桥下沉约10cm，原因主要是长期的运用，结构老化和人为损坏等。4、其它：水库进库公路坎坷不平、窄小，没有管养房、通讯设施、观测设备，也没有备用的防汛砂石料。1.3、工程等级和洪水标准根据国家防护标准（GB50201-94）及水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）规定，该水库属等小（二）型水库，主要建筑物为5级，洪水标准为：按10年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核；施工洪水按5年一遇计算。1.4、工程除险加固项目及措施针对安全检查发现的该水库存在的安全隐患，水库除险加固项目及措施主要为：1、针对大坝存在的安全隐患，提出大坝除险加固的措施是：（1）坝体：主坝按坝顶高程

12、21.60m，防浪墙顶高程22.30m，坝顶宽度按稳定计算要求为5.0m，迎水坡、背水坡按前削后补原则，迎水面坡比为1：2.5、背水面坡比为1：2.5进行坝坡修整，上游坡采用砼护坡，底铺级配碎石垫层；下游坡种草皮护坡，设坡面排水沟；坝脚0+12.10+106设排水棱体和纵向排水沟，坝体全坝段进行劈裂灌浆防渗，坝顶泥结石路面。2、溢洪道：加固溢洪道。堰段侧墙、溢流堰及消力池均为混凝土，陡坡段侧墙为浆砌石结构，池后铺浆砌石护底和干砌石海漫。3、放水涵：主坝原输水涵破坝重建，新建预应力钢筋砼压力管，管内径0.8m。4、其它：整修防汛公路1.987km，配套管养房80m2，电话一台（套），设置水位及位

13、移变形观测设备，按有关规定备足防汛砂石料并作料场。1.5、加固后工程规模1、水库加固后各水位及库容如下表 表13水位（m）库容（万m3）死水位16.692.8正常水位20.1012设计水位（10%）20.8115校核水位（2%）21.07162、挡水建筑物：加固后挡水建筑物的特性如下表：表14序号及项目单 位数量或名称备 注一、主坝1、坝型均质土坝2、坝顶高程m21.603、防浪墙顶高程m22.304、坝高m5.455、坝顶长m131.106、坝顶宽m5.07、上/下游坝坡比1:2.5/1:2.58、护坡型式砼护坡9、反滤排水排水棱体10、坝顶路面结构泥结石3、泄水建筑物：加固后溢洪道的特性如

14、下表表15序号及项目单 位数量或名称备 注1、溢洪道型式座开敞式宽顶堰2、堰顶高程m20.103、溢洪道宽m34、消能方式底流5、最大下泄流量m 3/s4.40 4、输水建筑物：加固后放水涵的特性如下表表16序号及项目单 位主坝备 注数量或名称1、放水涵型式圆型2、放水涵基本尺寸8003、进/出口底高程m16.69/16.694、设计输水量m3/s2.345、控制型式平板闸门1.6、工程投资概算本概算工程量根据水利工程工程量计算规则进行计算，按粤水基20062号文予以发布的广东省水利水电工程设计概（估）算编制规定（试行）、广东省水利水电建筑工程概算定额（试行）、广东省水利水电设备安装工程概算定

15、额（试行）、广东省水利水电工程施工机械台班费定额（试行），运用广东省水利水电工程概预算软件（2006）进行计价。主要材料单价采用2011年8月份湛江建设工程造价信息中公布的参考价加上实际扩大运距运杂费而成，次要材料价采用省厅公布的2011年次材价。本工程总投资253.11万元，其中建筑安装工程费192.30万元，设备费3万元，独立费用39.06万元，预备费18.75万元。总需土方明挖2062.26m3，土石方填筑4973.07m3，砼728.30m3，钢筋1吨，劳动力4689.70工日，水泥360.67吨，碎石3139.28立方，块石747.39方。本工程设计概算投资253.11万元。由上级按

16、有关规定给予补助外，其余由地方自筹。1.7、工程效益该水库设计灌溉面积300亩，由于现坝体渗流严重，不能有效的挡蓄洪水，威胁到下游农田的正常生产，实际灌溉面积不足200亩。同时，由于不能正常蓄水，也影响了养殖业和农村人畜生活用水。加固后，水库挡蓄洪水的能力提高，能充分发挥它的灌溉效益；另外，水面面积增加，也可促进养殖业的发展，达到社会效益和经济效益的双丰收。2 水文水利计算2.1、等级及洪水标准根据国家防洪标准（GB50201-94）及水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），确定本水库为小（二）型水库，工程等级为等，主要建筑物为5级，洪水标准确定为：按十年一遇洪水设计，五十年一

17、遇洪水校核。2.2、工程水文计算 1、基本情况：该水库位于营仔镇多浪坡村委屋背塘村东北角约0.3Km，集雨面积0.5Km2，坝址以上河流长度1.12km，河流平均坡降0.005，库区内植被良好。该水库位于雷州半岛北部，属九州江水系，该区域最高气温39.5，最低气温2，多年平均气温22.8。该水库所在地多年平均降雨量为1460mm，多年平均径流深639.1mm，多年平均最大风速为5.46m/s，多年平均气温22.8左右，每年10月至翌年3月，降雨量占全年的15，4月-9月降雨量占全年85。建库以来，库区没有任何水文和气象观测资料，因此，水文计算的各种参数须查有关资料。2、水文参数由于该水库没有任

18、何水文和气象观测资料，因此，水利水文计算参数采用2003年广东省水文局编制的广东省暴雨参数等值线图查得，采用综合单位线法计算洪水。各设计频率暴雨参数及洪水成果见表2-1、表2-2。设计暴雨参数表 表2-1表2-1-1（P=20%）项 目T （小时）11H59.3H59.3HCvt0.26Cvt0.26CvtKpt1.199Kpt1.199Kpt11表2-1-2（P=10%）项 目T （小时）11H59.3H59.3HCvt0.26Cvt0.26CvtKpt1.348Kpt1.348Kpt11表2-1-3（P=2%）项 目T （小时）11H59.3H59.3HCvt0.26Cvt0.26CvtK

19、pt1.651Kpt1.651Kpt11各设计频率洪水成果 表2-2计算方法Qm（m3/s）W24（104m3）备 注P=20%P=10%P=2%P=20%P=10%P=2%综合单位线法4.425.186.865.857.7812.612.3、水库调洪演算1、调洪原则：本水库以灌溉为主，起调水位定为正常水位20.10m，溢洪道为开敞式宽顶堰，无闸控制，堰底高程20.10m。当需要泄洪时，来多少泄多少。水库水位库容关系曲线如下表。屋背塘水库水位库容曲线2、泄流参数：根据溢洪道形式和进口段尺寸，根据水利水电出版社的运行管理溢洪道计算，确定溢流参数以及各水位对应的下泄流量，结果如上表。 3、调洪演算

20、成果：调洪演算采用广东省水利厅编制的调洪演算程序（Th-3.GD），根据上面确定的泄洪参数进行调洪。各频率洪调洪演算成果见下表： 表24洪水计算方法频率P起调水位（m）洪峰流量（m3/s）库容（万m3）泄洪流量（m3/s）水位H（m）备注综合单位线法10%20.105.18152.820.812%20.106.86164.421.074、施工渡汛该水库因缺乏施工时段水文计算有关资料，无法对施工洪水（五年一遇洪水）进行计算。根据某市水库施工习惯做法，选择在每年的枯水期施工，放水涵施工根据实际适当围筑土围堰，围堰高度一般选择2.50m，堰面宽2.50m，按1：2放坡。3 工程地质3.1、概述为查明

21、坝体、坝基（岩）土层的结构、物理力学性质，水文地质及工程地质特征，为设计提供依据，福建省地质工程研究院受某市水务局的委托，承担了屋背塘水库安全加固阶段的工程地质勘察任务。通过野外收集资料、踏勘、工程地质调查、勘探、原位测试和室内试验，初步查明水库区内及各构筑物的地形地貌、工程地质条件，岩土层的物理力学性能，对坝体、坝基稳定、渗透变形等工程地质问题作出评价，并提出相应处理措施的建议，为水库除险加固设计、施工提供可靠的工程地质资料。3.2、库区地形地貌特征和地质条件本次勘察完成的工作量如下：勘探孔4个，总进尺35.05m，标贯试验15次，钻孔内注水试验5段，砂土样8个，水样1个。3.3、地形地貌坝

22、区原地貌为低山丘陵地貌，场地周边地势起伏较大，地表植被茂盛。勘察场区地势相对较为平整，位于主坝顶部的钻孔孔口地面标高为21.1321.50m，坝基下部勘探孔的孔口标高为16.67m。3.4、工程地质特征1、现代人工堆积层(Q4ml)第层素填土：水库坝体填筑土。浅黄褐色、灰褐色，以粉质黏土为主，上部含中粗砂颗粒及少量碎石块等，黏性较差，湿，松散稍压实，为近期人工堆填。场地内均有分布，层顶标高为16.6721.50m，层底标高为13.9720.33m；厚度0.807.50m，平均厚度3.75m，标贯击数N=48，平均标贯击数为5.3。根据室内土工试验成果，该层土的物理力学指标平均值如下：含水量w=

23、17.2%，孔隙比e=0.764，比重Gs=2.69，质量密度=1.79gcm-3，液性指数IL=-0.12，塑性指数IP=15.9，压缩系数av0.10.2=0.442Mpa-1，压缩模量E s0.10.2=4.44MPa，水平渗透系数（室内）Kh=0.12010-4cm/s，竖向渗透系数（室内）Kv=0.10310-4cm/s，直接快剪黏聚力Cq=24.3kPa，内摩擦角q=21.4度，属中等压缩性土。2、第四系全新统冲洪积相沉积层(Q4al+pl)第层中砂：灰褐色、黄褐色，饱和，松散，含粉黏粒，级配一般。主要分布于ZK1、ZK2、ZK4等孔所在地段，层顶标高为13.9717.50m，层底

24、标高为12.6716.30m；厚度0.901.30m，平均厚度1.13m，标贯击数N=78，平均标贯击数为7.5。根据工程地质手册（第四版）193页Peck公式，快剪黏聚力Cq=0，内摩擦角q=29.0度。3、第四系残积层(Qel)第层砂质黏性土：由花岗岩风化残积形成，灰褐色、浅黄褐色，湿，可塑，含中粗砂颗粒较多，黏性较差。场地内均有分布，均未钻穿，层顶标高为12.6720.33m，揭示厚度3.604.70m，标贯击数N=717，平均标贯击数为11.0。根据室内土工试验成果，该层土的物理力学指标平均值如下：含水量w=19.0%，孔隙比e=0.645，比重Gs=2.70，质量密度=1.95gcm

25、-3，液性指数IL=0.01，塑性指数IP=18.5，压缩系数av0.10.2=0.350Mpa-1，压缩模量E s0.10.2=5.10MPa，水平渗透系数（室内）Kh=0.04210-4cm/s，竖向渗透系数（室内）Kv=0.06210-4cm/s，直接快剪黏聚力Cq=25.1kPa，内摩擦角q=23.2度。3.5、结论与建议1、该水库的主坝坝体填筑土（第层素填土）含砂粒、粉粒较多，局部地段上部含较多中粗砂颗粒及碎石块等，总体渗透性为中等透水；压缩性较高，属于中等压缩性土；土质结构较松散，土体易吸水饱和软化，强度较低。此外，在主坝坝体部分地段分布有透水性较好第层中砂，为可液化饱和砂土层,液

26、化等级为轻微，对坝体渗漏影响较大，建议采取高压旋喷、劈裂灌浆、充填灌浆等措施对该水库的主坝坝体填筑土及坝基土（主要是第层中砂）进行加固防渗处理，同时做好坡面防渗加固。3.6、天然建筑材料在材料场取样一组土样进行室内重型击实试验，击实试验结果为：含砂低液限黏土，最大干密度2.00g/cm3，最优含水量w=9.5%。材料场土量储量充足，可满足加固坝体需求。4 工程加固设计4.1、工程总体布置该水库位于营仔镇多浪坡村委屋背塘村，工程主要布置有主坝坝顶长131.1m的土坝一座，最大坝高5.45m，坝顶平均宽5.0m；在水库的右侧山坡处布置开敞式溢洪道一座，堰顶高程20.10m，净宽3.0m；在主坝上布

27、置800预应力压力管各一座，涵身长为24.1m。由于该水库为小（二）型水库，工程等级为等，主要建筑物为5级，则工程按十年一遇洪水设计，五十年一遇洪水校核标准进行除险加固。4.2、大坝工程加固设计1、大坝高度复核分设计和校核两种情况复核坝体高度波浪爬高计算水库波浪爬高计算根据当地的风速资料和水库的风区长度，采用莆田公式计算波浪爬高和水面壅高（具体计算见计算书）。风速资料采用某市气象台提供的36年（19712006年）风速资料进行计算，风速换算及水库风区长度计算按碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）要求进行（详见计算书）。坝顶超高计算坝顶超高计算公式：Y=R+e+A式中：Y坝顶超高，R风浪爬高e最大风壅水面高度，A安全超高4、5级建筑物：A设=0.5m，A校=0.3m坝顶高程计算成果见下表 坝顶高程成果表 表4-1名称运用条件静水位爬高R雍高e安全加高A所需坝顶高程备 注主坝正常运用120.100.7730.0190.5砼护坡情况正常运用220.810.8160.0140.5非常运用121.070.8900.0030.3非常运用220.100.8490.0040.3+0.5坝顶高程确